Электричество незаменимо для современного общества, а электроприборы являются важнейшими компонентами, поддерживающими его работу. Так как же электричество заставляет электроприборы работать?
Для простоты понимания в этой статье не будут углубляться в теоретические концепции и формулы, а скорее описано, как электричество питает электроприборы. Чтобы ответить на этот вопрос, нам сначала необходимо уточнить несколько определений: электричество, электрическая энергия и электроприборы.
Электричество относится к физическому явлению, возникающему в результате движения электронов; электрическая энергия — это эффект электричества, совершающего работу в различных формах; Электроприбор — это устройство, которое функционально использует электрическую энергию для приведения в действие своих основных компонентов, обычно делящихся на два типа: электрическое оборудование и электронное оборудование.
Под электрооборудованием понимаются устройства, преобразующие электрическую энергию в механическую энергию или другие формы энергии, такие как электродвигатели, преобразователи напряжения и лампочки; электронное оборудование, в более узком смысле, относится к устройствам, использующим электрическую энергию для обработки данных, таким как процессоры и видеокарты. Электроприборы, которыми мы пользуемся ежедневно, обычно состоят из устройств обоих типов, таких как холодильники, телевизоры и компьютеры.
Электроприбор, например мобильный телефон, состоит из нескольких электрических систем, таких как система электропитания, интерактивная система и вычислительная система. Различные системы вместе составляют портативное электронное устройство-мобильный телефон. Какую роль играет электричество в этих системах? Во-первых, важно пояснить: электроприборы движутся не электричеством, а электрической энергией. Другими словами, электричество действительно работает внутри электрической системы, заставляя ее производить соответствующие эффекты. Давайте представим электроны как крошечных человечков; их движение генерирует электричество, и это движение есть совершенная работа.
Во время работы этих крошечных человечков энергия преобразуется в такие формы, как тепло, свет, химическая и кинетическая энергия, которые воспринимаются пользователем, а затем мы воспринимаем прибор как начинающий работать. Как происходит этот процесс? Давайте рассмотрим подробнее на примере мобильного телефона.
Во-первых, система электропитания телефона отдает приоритет подаче питания на вычислительную систему и систему управления питанием. Когда батарея начинает обеспечивать питание, электроны внутри процессора начинают двигаться под действием силы. Логические схемы ЦП выполняют вычисления, определяя последующее распределение мощности и передавая эту информацию обратно в систему управления мощностью. После получения этой информации о распределении система управления мощностью настраивает логические пути внутри системы для соответствующего распределения мощности.
Затем электричество достигает систем отображения и взаимодействия. После включения система отображения использует электротермическую теорию для излучения света и тепла, освещая экран, который становится содержимым, которое мы видим на телефоне. Мы не будем вдаваться в подробности того, почему на экране может отображаться разное содержимое; этот процесс представляет собой преобразование электрической энергии в световую энергию. Система взаимодействия представляет разные формы на разных устройствах. В устройствах без-сенсорного экрана используются переключатели. В системе взаимодействия основная роль электричества – передача информации.
После какой-то операции телефон хочет воспроизвести песню. Электричество подведено к звуковой системе. В этой системе электрическая энергия играет две роли: во-первых, передача информации путем изменения текущего состояния через систему распределения энергии для передачи конкретного звукового содержания, которое необходимо воспроизвести. Во-вторых, используя электродинамическую теорию, динамик заставляет вибрировать и производить звук. В этот момент на телефон приходит сообщение с запросом вибрации. Система распределения мощности подает электроэнергию на вибрационный двигатель. Под совместным действием электромагнитной и электродинамической теорий двигатель начинает вибрировать; этот процесс представляет собой преобразование электрической энергии в кинетическую энергию.
С приближением зимы «хорошие» бренды мобильных телефонов тщательно подготовят грелки для рук для пользователей-горячих, теплых телефонов. Это тепловая энергия, которая практически неизбежно образуется при преобразовании электрической энергии в другие формы энергии. Электрические обогреватели и электрические одеяла — это приборы, разработанные на основе электротермической теории.
Пройдя через такое количество систем, возвращается ли электричество к своему источнику — батарее? Нет! Здесь возникает самый фундаментальный вопрос: как движутся электроны? Напряжение. Электроны, движущиеся по системе, не начинаются с батареи и не возвращаются в нее! То, что движет их движением, называется потенциальной энергией, которая представляет собой разность напряжений. Когда батарея используется, напряжение на ее клеммах постепенно выравнивается, а потенциальная энергия медленно истощается, что приводит к отсутствию питания. Во время зарядки внешний источник питания преобразует эту потенциальную энергию в химическую энергию, создавая разность напряжений между клеммами аккумулятора.
Таким образом, по сути, работа электроприборов — это процесс преобразования энергии. Основными принципами являются электромагнетизм, электрокинетическая энергия, электрический контакт, электрическая дуга и электротермическая энергия. С помощью этих обобщенных теорем преобразование электрической энергии в другие формы энергии можно искусственно контролировать. Каждый электроприбор работает на одном из этих пяти принципов, но каждый имеет свои уникальные характеристики. Поэтому, если вы хотите подробно понять, как работают электроприборы, вам следует изучить теорию электротехники и конкретными способами анализировать конкретные проблемы.
